JP3878165B2 - 三次元計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象物の三次元形状等を計測する三次元計測装置に関するものである。

一般に、プリント基板は、ガラスエポキシ樹脂からなるベース基板の上に電極パターンを具備し、表面がレジスト膜によって保護されている。前記プリント基板上に電子部品を実装する場合、まず電極パターン上のレジスト膜による保護がされていない所定位置にクリームはんだが印刷される。次に、該クリームはんだの粘性に基づいてプリント基板上に電子部品が仮止めされる。その後、前記プリント基板がリフロー炉へ導かれ、所定のリフロー工程を経ることではんだ付けが行われる。昨今では、リフロー炉に導かれる前段階においてクリームはんだの印刷状態を検査する必要があり、かかる検査に際して三次元計測装置が用いられることがある。

近年、光を用いたいわゆる非接触式の三次元計測装置が種々提案されている。例えば、位相シフト法を用いた三次元計測装置においては、照射手段によって、可視光を光源とした縞状の光強度分布を有する光パターンを被測定物（この場合プリント基板）に照射する。そして、ＣＣＤカメラによって被測定物を撮像し、得た画像から前記光パターンの縞の位相差を解析することで、クリームはんだの三次元形状、特に高さが計測される（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−２８０９４５号公報

ところが、プリント基板のレジスト膜は、可視光に対する透過特性が不安定である。すなわち、レジスト膜は、照射手段によって照射される可視光を透過したり、透過しなかったりする場合がある。可視光は、レジスト膜を透過する場合には、ベース基板等で反射され、レジスト膜を透過しない場合には、レジスト膜の表面で反射されることとなる。このような場合、ＣＣＤカメラによって得られる画像におけるレジスト膜領域では、反射面がレジスト膜であるか、ベース基板であるかの判別がつきにくく、レジスト膜領域の高さの計測が困難となるおそれがある。本来であれば基板上に印刷されたクリームはんだの高さをより高精度で計測するためには、その基板内に高さ基準を採ることが望ましい。しかしながら、レジスト膜領域を高さ基準面として適正に利用できないため、その基板内に高さ基準を採ることができないといった不具合を生じるおそれがある。

そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、対象物の三次元形状を計測するに際し、前記対象物内に高さ基準を適正に設定すること等によって、より正確に計測することのできる三次元計測装置を提供することにある。

以下、上記目的等を解決するのに適した各手段につき項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する手段に特有の作用効果等を付記する。

手段１．基板上の被計測物に対し、青色光及び紫外線のうち少なくとも一方のみを照射可能な照射手段と、前記光の照射された被計測物からの反射光のうち、少なくとも前記照射手段にて照射された波長を撮像可能な撮像手段と、該撮像手段にて撮像された画像データに基づき、少なくとも前記被計測物の高さを演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。

手段１によれば、照射手段によって、青色光や紫外線が、基板上の被計測物に照射される。このような比較的波長の短い光は、物の表面で反射しやすい性質を備えている。前記照射光よりも波長の長い可視光に対して、透過特性が不安定で、透過したり透過しなかったりするような物も存在する。この点、手段１では、被計測物の透過特性が不安定であっても、より確実に被計測物の表面で反射をさせることができる。このため、撮像手段によって、被計測物の表面を画像として捉えることができる。そして、演算手段によって、画像データに基づき、演算が行われることで、被計測物の表面の位置である高さをより正確に算出できる。なお、各手段における基板とは、プリント基板、ウエハ基板、実装基板等を含む趣旨である。

手段２．ベース基板と、該ベース基板の表面を被覆し、平面をなす被膜と、被計測物とを備えた基板に対し、青色光及び紫外線のうち少なくとも一方のみを照射可能な照射手段と、前記光の照射された基板からの反射光のうち、少なくとも前記照射手段にて照射された波長を撮像可能な撮像手段と、該撮像手段にて撮像された画像データに基づき、前記被膜によって形成された平面を高さ基準とし、少なくとも被計測物の高さを演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。

手段２によれば、照射手段によって、青色光や紫外線が、基板に照射される。このような比較的波長の短い光は、物の表面で反射しやすい性質を備えている。例えば、照射手段によって、前記光よりも波長の長い可視光を照射すると、基板を被覆する被膜が、照射された可視光を透過したり透過しなかったりするといった、不安定な透過特性を示す場合がある。この場合、光の反射位置が判別しにくく、被膜領域に高さ基準を設定できないおそれがある。この点、手段２では、前記透過特性の不安定な被膜であっても、より確実に表面反射をさせることができる。このため、撮像手段によって、被膜の表面及び被計測物の表面を画像として捉えることができる。そして、演算手段によって、画像データに基づき、演算が行われることで、被膜の表面を高さ基準として、被計測物の表面の位置である高さを算出できる。従って、高さ基準を被計測物の設けられた基板内に適正に設定できるため、より正確に被計測物の高さを測定することができる。また、被計測物の測定と同時に、被膜も測定できる。このため、別途の手段によって、被膜の高さや別途の高さ基準を測定する必要がなく、装置の複雑化の抑制を図ることができる。

手段３．ベース基板と、該ベース基板の表面を被覆し、平面をなす被膜と、被計測物とを備えた基板に対し、紫外線のみを照射可能な照射手段と、前記光の照射された基板からの反射光のうち、紫外線のみを撮像可能な撮像手段と、該撮像手段にて撮像された画像データに基づき、前記被膜によって形成された平面を高さ基準とし、少なくとも被計測物の高さを演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。

手段３によれば、照射手段によって、紫外線が、基板に照射される。このような比較的波長の短い光は、物の表面で反射しやすい性質を備えている。例えば、照射手段によって、前記紫外線よりも波長の長い可視光を照射すると、基板を被覆する被膜が、照射された可視光を透過したり透過しなかったりするといった、不安定な透過特性を示す場合がある。この場合、光の反射位置が判別しにくく、被膜領域に高さ基準を設定できないおそれがある。この点、手段３では、前記透過特性の不安定な被膜であっても、より確実に表面反射をさせることができる。このため、撮像手段によって、被膜の表面及び被計測物の表面を画像として捉えることができる。そして、演算手段によって、前記画像データに基づき、演算が行われることで、被膜の表面を高さ基準として、被計測物の表面の位置である高さを算出できる。従って、高さ基準を被計測物の設けられた基板内に設定できるため、より正確に被計測物の高さを測定することができる。また、被計測物の測定と同時に、被膜も測定できる。このため、別途の手段によって、被膜の高さや別途の高さ基準を測定する必要がなく、装置の複雑化の抑制を図ることができる。さらに、撮像手段が紫外線のみを撮像可能であるため、屋内照明装置等の照明装置以外からの可視光が基板にあたる場合であっても、その可視光に影響されることなく、適切な画像データを得ることができる。加えて、可視光を照射した場合には、被膜の色によって反射される光量が少なくなり、撮像して得た画像データが利用できなかったり、前記被膜の色に応じて可視光の波長を変更する必要があったりといった不具合を生じる懸念がある。この点、手段３では、被膜の色に関係なく表面反射をさせることが可能であるため、前記懸念を払拭できる。なお、「紫外線のみを照射可能な照射手段」に代えて、「紫外線を含む光を照射可能な照射手段」としてもよい。この場合であっても、照射される光のうち紫外線が被膜の表面で反射され、撮像手段によって紫外線のみが撮像される。このため、被膜の表面を画像として捉えることができる。

手段４．前記基板はプリント基板であり、前記演算手段は、前記被膜としてのレジスト膜の表面を高さ基準として、少なくとも前記被計測物としてのクリームはんだの高さを演算するものであり、該クリームはんだの高さに基づき、その印刷状態の良否を判定する判定手段を設けたことを特徴とする手段２または３に記載の三次元計測装置。

手段４によれば、プリント基板のレジスト膜の表面を基準として、クリームはんだの高さが演算され、その演算された高さに基づいて、良否判定が行われる。このため、クリームはんだの計測に際して上記効果が奏され、しかもより正確に良否判定を行うことができる。

手段５．前記基板はウエハ基板であり、前記演算手段は、前記被膜としての酸化膜の表面を高さ基準として、少なくとも前記被計測物としてのはんだバンプの高さを演算するものであり、該はんだバンプの高さに基づき、その形状の良否を判定する判定手段を設けたことを特徴とする手段２または３に記載の三次元計測装置。

手段５によれば、ウエハ基板の酸化膜の表面を基準として、はんだバンプの高さが演算され、その演算された高さに基づいて、良否判定が行われる。このため、はんだバンプの計測に際して上記効果が奏され、しかもより正確に良否判定を行うことができる。

手段６．前記演算手段は、１回の高さ演算に複数の画像データを用いるものであって、前記照射手段は、前記複数の画像データを得るための撮像の度に、同一波長の光を照射することを特徴とする手段１乃至５のいずれかに記載の三次元計測装置。

手段６によれば、照射手段によって照射される光は、撮像の度に光の波長を変更されることなく、同一の波長の光が用いられる。このため、前記撮像手段がレンズを有する場合であっても、光の屈折が変わらない。従って、照明の波長によって得られる画像にずれが生じるといった不具合を抑制できる。その結果、被計測物の高さの算出精度を向上させることができる。

手段７．前記照射手段は、２５０ｎｍ以上、かつ、４３０ｎｍ以下の波長の光を照射することを特徴とする手段１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置。

手段７によれば、照射手段によって、２５０ｎｍ以上、かつ、４３０ｎｍ以下の波長の光が照射される。このため、透過特性の不安定なものに対しても、より確実に表面反射をさせることができる。従って、撮像手段によって、前記被膜や前記被計測物等の表面を画像として確実に捉えることができる。なお、「２５０ｎｍ以上、かつ、４３０ｎｍ以下」に代えて、「３００ｎｍ以上、かつ、３８０ｎｍ以下」または「３００ｎｍ以上、かつ、３５０ｎｍ以下」としてもよい。この場合、透過特性の不安定なものに対しても、より一層確実に表面反射させることができる。さらに、「２５０ｎｍ以上、かつ、４３０ｎｍ以下の波長の光」に代えて、「２５０ｎｍ以上、かつ、４３０ｎｍ以下の範囲内に波長のピークを持つ光」、「３００ｎｍ以上、かつ、３８０ｎｍ以下の範囲内に波長のピークを持つ光」または「３００ｎｍ以上、かつ、３５０ｎｍ以下の範囲内に波長のピークを持つ光」としても、同様の作用効果が得られる。

手段８．前記照射手段は、６０ｎｍ以内の波長域の光を照射することを特徴とする手段１乃至７のいずれかに記載の三次元計測装置。

手段８によれば、照射手段によって照射させる光の波長域は、６０ｎｍ以内と比較的狭く設定されている。一般に、レンズを透過する際の光の屈折は、波長によって異なり、波長域が広い場合には色収差を生じるおそれがある。この点、手段８では、照明装置や撮像手段がレンズを有する場合でも、波長域が狭く、照射や撮像の際に生じる色収差を抑制できる。すなわち、照射される光がにじんだり、撮像された画像データがぼけたりすることなく、シャープな画像データが得られる。従って、該画像データに基づく被計測物の高さの算出精度の向上を図ることができる。なお、「６０ｎｍ以内」に代えて、「３０ｎｍ以内」としてもよい。この場合、色収差をさらに抑制することができ、その結果、画像データに基づく被計測物の高さの算出精度の一層の向上を図ることができる。

手段９．基板上の被計測物に対し、赤色光及び赤外線のうち少なくとも一方のみを照射可能な照射手段と、前記光の照射された被計測物からの反射光のうち、少なくとも前記照射手段にて照射された波長を撮像可能な撮像手段と、該撮像手段にて撮像された画像データに基づき、少なくとも前記被計測物の高さを演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。

手段９によれば、照射手段によって、赤色光や赤外線が、基板上の被計測物に照射される。このような比較的波長の長い光は、物体を透過しやすい性質を備えている。前記照射光よりも波長の短い可視光に対して、透過特性が不安定で、透過したり透過しなかったりするような物も存在する。例えば、被計測物の透過特性が安定しており、可視光を表面反射可能な場合であっても、基板上の被計測物以外の物の透過特性が不安定な場合がある。この点、手段９では、照射光が赤色光や赤外線であるため、前記透過特性の不安定な物に対して、照射光を透過させることができる。このため、撮像手段によって、確実に表面反射可能な物（被計測物等）の表面だけをより確実に捉えることができる。そして、演算手段によって、画像データに基づき、演算が行われることで、被計測物の表面の位置である高さをより正確に算出できる。なお、各手段における基板とは、プリント基板、ウエハ基板、実装基板等を含む趣旨である。

手段１０．ベース基板と、該ベース基板上に形成された電極パターンと、前記ベース基板及び電極パターンの表面を被覆する被膜と、被計測物とを備えた基板に対し、赤色光及び赤外線のうち少なくとも一方のみを照射可能な照射手段と、前記光の照射された基板からの反射光のうち、少なくとも前記照射手段にて照射された波長を撮像可能な撮像手段と、該撮像手段にて撮像された画像データに基づき、前記電極パターンまたはベース基板を高さ基準とし、少なくとも被計測物の高さを演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。

手段１０によれば、照射手段によって、赤色光や赤外線が、基板に照射される。このような比較的波長の長い光は、物体を透過しやすい性質を備えている。例えば、照射手段によって、前記光よりも波長の短い可視光を照射すると、基板を被覆する被膜が、照射された可視光を透過したり透過しなかったりするといった、不安定な透過特性を示す場合がある。この場合、光の反射位置が判別しにくく、被膜領域に高さ基準を設定できないおそれがある。この点、手段１０では、照射光が赤色光や赤外線であるため、前記透過特性の不安定な被膜に対して、照射光をより確実に透過させ、被膜下にある電極パターンやベース基板で反射させることができる。このため、撮像手段によって、被計測物だけでなく、電極パターンやベース基板を画像として捉えることができる。そして、演算手段によって、画像データに基づき、演算が行われることで、電極パターンやベース基板を高さ基準として、被計測物の表面の位置である高さを算出できる。従って、高さ基準を被計測物の設けられた基板内に適正に設定できるため、より正確に被計測物の高さを測定することができる。

手段１１．ベース基板と、該ベース基板上に形成された電極パターンと、前記ベース基板及び電極パターンの表面を被覆する被膜と、被計測物とを備えた基板に対し、赤外線のみを照射可能な照射手段と、前記光の照射された基板からの反射光のうち、赤外線のみを撮像可能な撮像手段と、該撮像手段にて撮像された画像データに基づき、前記電極パターンまたはベース基板を高さ基準とし、少なくとも被計測物の高さを演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。

手段１１によれば、照射手段によって、赤外線が、基板に照射される。このような比較的波長の長い光は、物の表面を透過しやすい性質を備えている。例えば、照射手段によって、前記赤外線よりも波長の短い可視光を照射すると、基板を被覆する被膜が、照射された可視光を透過したり透過しなかったりするといった、不安定な透過特性を示す場合がある。この場合、光の反射位置が判別しにくく、被膜領域に高さ基準を設定できないおそれがある。この点、手段１１では、照射光が赤色光や赤外線であるため、前記透過特性の不安定な被膜に対して、照射光をより確実に透過させ、被膜下にある電極パターンやベース基板で反射させることができる。このため、撮像手段によって、被計測物だけでなく、電極パターンやベース基板を画像として捉えることができる。そして、演算手段によって、画像データに基づき、演算が行われることで、電極パターンやベース基板を高さ基準として、被計測物の表面の位置である高さを算出できる。従って、高さ基準を被計測物の設けられた基板内に適正に設定できるため、より正確に被計測物の高さを測定することができる。さらに、撮像手段が赤外線のみを撮像可能であるため、屋内照明装置等の照明装置以外からの可視光が基板にあたる場合であっても、その可視光に影響されることなく、適切な画像データを得ることができる。加えて、可視光を照射した場合には、被膜の色によって反射される光量が少なくなり、撮像して得た画像データが利用できなかったり、前記被膜の色に応じて可視光の波長を変更する必要があったりといった不具合を生じる懸念がある。この点、手段１１では、被膜の色に関係なく、照射光を被膜に対して透過させ、被膜下の電極パターンやベース基板で反射させることが可能であるため、前記懸念を払拭できる。なお、「赤外線のみを照射可能な照射手段」に代えて、「赤外線を含む光を照射可能な照射手段」としてもよい。この場合であっても、照射される光のうち赤外線が被膜の表面を透過し電極パターンやベース基板によって反射させられ、撮像手段によって赤外線のみが撮像される。このため、被膜が画像とされることなく、高さ基準となる電極パターンやベース基板を画像として捉えることができる。

手段１２．前記基板はプリント基板であり、前記演算手段は、前記被膜としてのレジスト膜下の電極パターンまたはベース基板を高さ基準として、少なくとも前記被計測物としてのクリームはんだの高さを演算するものであり、該クリームはんだの高さに基づき、その印刷状態の良否を判定する判定手段を設けたことを特徴とする手段１０または１１記載の三次元計測装置。

手段１２によれば、プリント基板のレジスト膜下の電極パターンまたはベース基板を基準として、クリームはんだの高さが演算され、その演算された高さに基づいて、良否判定が行われる。このため、クリームはんだの計測に際して上記効果が奏され、しかもより正確に良否判定を行うことができる。

手段１３．前記基板はウエハ基板であり、前記演算手段は、前記被膜としての酸化膜の下のウエハ面を基準として、少なくとも前記被計測物としてのはんだバンプの高さを演算するものであり、該はんだバンプの高さに基づき、その形状の良否を判定する判定手段を設けたことを特徴とする手段１０または１１に記載の三次元計測装置。

手段１３によれば、ウエハ基板の酸化膜下のウエハ面を基準として、はんだバンプの高さが演算され、その演算された高さに基づいて、良否判定が行われる。このため、はんだバンプの計測に際して上記効果が奏され、しかもより正確に良否判定を行うことができる。

手段１４．前記演算手段は、１回の高さ演算に複数の画像データを用いるものであって、前記照射手段は、前記複数の画像データを得るための撮像の度に、同一波長の光を照射することを特徴とする手段９乃至１３のいずれかに記載の三次元計測装置。

手段１４によれば、照射手段によって照射される光は、撮像の度に光の波長を変更されることなく、同一の波長の光が用いられる。このため、前記撮像手段がレンズを有する場合であっても、光の屈折が変わらない。従って、照明の波長によって得られる画像にずれが生じるといった不具合を抑制できる。その結果、被計測物の高さの算出精度を向上させることができる。

手段１５．前記照射手段は、６８０ｎｍ以上、かつ、１５００ｎｍ以下の波長の光を照射することを特徴とする手段９乃至１４のいずれかに記載の三次元計測装置。

手段１５によれば、照射手段によって、６８０ｎｍ以上、かつ、１５００ｎｍ以下の波長の光が照射される。このため、透過特性の不安定なものに対しても、より確実に表面反射をさせることができる。従って、撮像手段によって、前記被膜や前記被計測物等の表面を画像として確実に捉えることができる。なお、「６８０ｎｍ以上、かつ、１５００ｎｍ以下」に代えて、「６８０ｎｍ以上、かつ、１０００ｎｍ以下」または「１０００ｎｍ以上、かつ、１５００ｎｍ以下」としてもよく、さらに、「７８０ｎｍ以上、かつ、９００ｎｍ以下」または「１１００ｎｍ以上、かつ、１４００ｎｍ以下」としてもよい。併せて、「６８０ｎｍ以上、かつ、１５００ｎｍ以下の波長の光」に代えて、「６８０ｎｍ以上、かつ、１５００ｎｍ以下の範囲内に波長のピークを持つ光」、「６８０ｎｍ以上、かつ、１０００ｎｍ以下の範囲内に波長のピークを持つ光」または「１０００ｎｍ以上、かつ、１５００ｎｍ以下の範囲内に波長のピークを持つ光」としてもよく、さらに、「７８０ｎｍ以上、かつ、９００ｎｍ以下の範囲内に波長のピークを持つ光」または「１１００ｎｍ以上、かつ、１４００ｎｍ以下の範囲内に波長のピークを持つ光」としてもよい。

手段１６．前記照射手段は、６０ｎｍ以内の波長域の光を照射することを特徴とする手段９乃至１５のいずれかに記載の三次元計測装置。

手段１６によれば、照射手段によって照射させる光の波長域は、６０ｎｍ以内と比較的狭く設定されている。一般に、レンズを透過する際の光の屈折は、波長によって異なり、波長域が広い場合には色収差を生じるおそれがある。この点、手段１６では、照明装置や撮像手段がレンズを有する場合でも、波長域が狭く、照射や撮像の際に生じる色収差を抑制できる。すなわち、照射される光がにじんだり、撮像された画像データがぼけたりすることなく、シャープな画像データが得られる。従って、該画像データに基づく被計測物の高さの算出精度の向上を図ることができる。なお、「６０ｎｍ以内」に代えて、「３０ｎｍ以内」としてもよい。この場合、色収差をさらに抑制することができ、その結果、画像データに基づく被計測物の高さの算出精度の一層の向上を図ることができる。

以下、一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図２に示すように、基板としてのプリント基板１は、平板状をなし（平面を備え）、ガラスエポキシ等からなるベース基板２に、銅箔からなる電極パターン３が設けられている。さらに、前記電極パターン３上には、被計測物としてのクリームはんだ４が印刷形成されている。また、プリント基板１は、電極パターン３の所定配線部分以外にクリームはんだ４がのらないように、被膜としての半透明のレジスト膜５によってコーティングされている。なお、レジスト膜５の表面は、略一定高さの平面をなしている。

図１は、本実施の形態における三次元計測装置を具備する印刷状態検査装置８を模式的に示す概略構成図である。同図に示すように、印刷状態検査装置８は、プリント基板１を載置するためのテーブル９と、プリント基板１の表面に対し斜め上方から所定の光成分パターンを照射するための照射手段を構成する照明装置１０と、プリント基板１上の前記照射された部分を撮像するための撮像手段を構成するＣＣＤカメラ１１と、印刷状態検査装置８内における各種制御や画像処理、演算処理を実施するための制御装置１２とを備えている。

前記テーブル９には、モータ１５，１６が設けられており、該モータ１５，１６が制御装置１２により駆動制御されることによって、テーブル９上に載置されたプリント基板１が任意の方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）へスライドさせられるようになっている。

また、図３に示すように、前記照明装置１０は、光源１７と、該光源１７からの光を集める集光レンズ１８と、照射レンズ１９と、両レンズ１８，１９の間に配設された液晶光学シャッタ２１とを備えている。光源１７からの光は、液晶光学シャッタ２１を介してプリント基板１上に照射されることで、特にプリント基板１に対し照度が正弦波状に変化する縞状の光パターンが照射される。また、液晶光学シャッタ２１は、前記光パターンの位相を所定ピッチずつ変化させられるようになっている。

さらに、前記光源１７から照射される光は、図４に示すように、クリームはんだ４の表面だけでなく、レジスト膜５の表面でも反射されるように、その波長が設定されている。但し、本実施の形態では、光源１７は、紫外線を照射するものであり、例えば、ＬＥＤ、ＵＶランプ等が用いられる。紫外線のような比較的短い波長の光は、表面反射しやすいため、レジスト膜５のような半透明のものに対しても、より確実にその表面で反射させることが可能となる。また、集光レンズ１８及び照射レンズ１９は、前記波長の光を透過可能であり、ＣＣＤカメラ１１は、紫外線のみを撮像可能となっている。

特に、前記照射させる光の波長域は、比較的狭く設定されている。一般に、レンズを透過する際の光の屈折は、波長によって異なり、波長域が広い場合には色収差を生じるおそれがある。この点、本実施の形態では、波長域を狭くすることで、照射や撮像の際に生じる色収差を抑制でき、シャープな画像が得られるようになっている。

ここで、印刷状態検査装置８における検査手順について説明する。まず、プリント基板１がテーブル９上に載置されると、制御装置１２はモータ１５，１６を駆動制御して所定の位置に移動させ、プリント基板１を初期位置に移動させる。この初期位置は、例えばＣＣＤカメラ１１の視野の大きさを１単位としてプリント基板１の表面を予め分割しておいた中の１つの位置である。

そして、制御装置１２は、照明装置１０を駆動制御して光パターンの照射を開始する。照射された光は、クリームはんだ４やレジスト膜５等のプリント基板１の表面で反射し、該反射光がＣＣＤカメラ１１によって撮像される。またこのとき、光パターンの位相を例えば４分の１ピッチずつシフトさせて、４種類の光パターンを順次切換制御する。さらに、このようにして各光パターンの照射が行われている間に、制御装置１２はＣＣＤカメラ１１を駆動制御して、これら光パターン毎に検査エリア部分を撮像し、それぞれ４画面分の画像データを得る。

さて、制御装置１２は画像メモリを備えており、画像データを順次記憶する。この記憶した画像データに基づいて、制御装置１２は各種画像処理を行う。かかる画像処理が行われている間に、制御装置１２は、モータ１５，１６を駆動制御してテーブル９を次の検査エリアへと移動せしめる。制御装置１２は、ここでの画像データについても画像メモリへ格納する。一方、画像メモリでの画像処理が一旦終了した場合、すでに画像メモリには次の画像データが記憶されているので、速やかに制御装置１２は次の画像処理を行うことができる。つまり、検査は、一方で次なる検査エリア（ｍ＋１番目）への移動及び画像入力を行い、他方ではｍ番目の画像処理及び比較判定を行う。以降、全ての検査エリアでの検査が完了するまで、交互に同様の上記並行処理が繰り返し行われる。このように、本実施の形態の印刷状態検査装置８においては、制御装置１２の制御により検査エリアを移動しながら、順次画像処理を行うことにより、プリント基板１上のクリームはんだ４の印刷状態を高速かつ確実に検査することができるようになっている。

次に、制御装置１２の行う画像処理及び演算処理、並びに、比較判定処理について説明する。制御装置１２は、得られた４画面の画像データを用いて検査エリア内の高さを算出する。検査エリアに投影された光パターンに関して、高さの相違に基づく位相のずれが生じる。そこで、制御装置１２では、各光パターンの画像データを用い、位相シフト法（縞走査法）の原理に基づいて反射面の高さを算出するのである。このようにして得られた高さデータは、撮像画面の画素単位に演算され、制御装置１２のメモリに格納される。

得られた高さデータのうち、平面をなすレジスト膜５領域の高さをプリンタ基板１の高さ基準として、該プリント基板１に対する印刷されたクリームはんだ４の高さが算出される。また、前記クリームはんだ４の高さを積分することにより、印刷されたクリームはんだ４の量が算出される。そして、このようにして求めたクリームはんだ４の高さ、量等のデータが予め記憶されている基準データと比較判定され、この比較結果が許容範囲内にあるか否かによって、その検査エリアにおけるクリームはんだ４の印刷状態の良否が判定されるのである。

以上詳述したように、本実施の形態によれば、照明装置１０によって、紫外線を照射することにより、半透明のレジスト膜５であっても、確実にその表面で光を反射させることができる。このため、印刷状態の良否を判定したいクリームはんだ４の印刷されたプリント基板１内のレジスト膜５の表面を検出することができると共に、該表面を基準高さとして利用できる。その結果、同一のプリント基板１以外に高さ基準を採る場合に比べて、クリームはんだ４の高さをより正確に算出できる。

また、クリームはんだ４の高さ測定と同時に、レジスト膜５の高さも測定できる。このため、別途の手段によって、レジスト膜の高さや別途の高さ基準を測定する必要がなく、装置の複雑化の抑制を図ることができる。

さらに、印刷状態検査装置８は、屋内照明装置の具備された屋内に設けられるのが一般的である。一般に、該屋内照明装置にあっては、可視光の放射エネルギーが大きく、本実施の形態で採用するような短い波長の光の放射エネルギーが、可視光に比べ充分に小さい。このため、屋内照明装置からの光がプリント基板１に照射されてしまうような場合であっても、ＣＣＤカメラ１１によって撮像された画像を処理できなくなるといった不具合が生じにくい。

さらにまた、可視光を照射した場合には、レジスト膜５の色によって反射される光量が少なくなり、撮像して得た画像データが利用できなかったり、前記レジスト膜５の色に応じて可視光の波長を変更する必要があったりといった不具合を生じる懸念がある。この点、本実施の形態では、レジスト膜５の色に関係なく表面反射をさせることが可能であるため、前記懸念を払拭できる。

加えて、照明装置１０から照射される光の波長域が、上述の通り比較的狭く設定されている。このため、色収差が生じにくく、光パターンがにじんだり、撮像された画像データがぼけたりすることなく、シャープな画像データが得られる。従って、該画像データに基づくクリームはんだ４の高さ、量等の算出精度の向上を図ることができる。

併せて、光パターンは、光パターン毎に光の波長を変更されることなく、同一の波長の光が用いられる。すなわち、光パターンを変更しても、レンズを透過する際の光の屈折が変わらないようになっている。このため、照明の波長によって得られる画像にずれが生じるといった不具合を抑制できる。その結果、画像データに基づくクリームはんだ４の高さ、量等の算出精度を向上させることができる。

以上説明した実施の形態において、例えば、次のように構成の一部を適宜変更して実施することも可能である。勿論、以下において例示しない他の変更例も当然可能である。

（ａ）上記実施の形態では、照明装置１０から紫外線が照射されるようになっているが、レジスト膜５の表面で反射させることが可能であれば、青色光であってもよい。この場合、ＣＣＤカメラは、青色光を撮像可能なものとする必要がある。なお、照明装置１０によって照射される光は、２５０ｎｍ以上かつ４３０ｎｍ以下の波長が好ましい。さらに好ましくは、３００ｎｍ以上かつ３８０ｎｍ以下の波長であり、さらに一層好ましくは、３００ｎｍ以上かつ３５０ｎｍ以下の波長である。なお、２５０ｎｍ以上かつ４３０ｎｍ以下の波長に代えて、２５０ｎｍ以上かつ４３０ｎｍ以下の範囲内に波長のピークを持つ光、３００ｎｍ以上かつ３８０ｎｍ以下の範囲内に波長のピークを持つ光、または、３００ｎｍ以上かつ３５０ｎｍ以下の範囲内に波長のピークを持つ光としても、同様の作用効果が得られる。

（ｂ）光源１２から紫外線が照射されるようになっているが、プリント基板１に到達する光の波長が所定の波長のみであればよいのであって、必ずしも光源１２からの光の波長が所定の波長のみでなくてもよい。例えば、光源が所定の波長を含む波長域の広い光を照射するものであって、照明装置１０とプリント基板１との間、または、照明装置１０内に所定の波長のみ（所定の狭い波長域の波長のみ）を透過可能なフィルタを設けることとしてもよい。

（ｃ）上記実施の形態では、光の波長域について、特に数値的な言及はしていないが、好ましくは６０ｎｍ以内であり、さらに好ましくは、３０ｎｍ以内である。

（ｄ）上記実施の形態では、プリント基板１に照射される光を紫外線としているが、紫外線に加えて他の波長の光を照射し、撮像する光を紫外線のみとしても差し支えない。この場合、勿論ＣＣＤカメラ１１が紫外線のみを撮像可能なものであってもよいし、ＣＣＤカメラとプリント基板１との間に紫外線のみを透過可能なフィルタを設けることとしてもよい。

（ｅ）上記実施の形態では、撮像回数を４回としたが、３回であってもよいし、５回以上であってもよい。

（ｆ）上記実施の形態では、プリント基板１に印刷形成されたクリームはんだ４の高さ等を計測する場合に具体化したが、ウエハ基板や実装基板等の検査装置にも適用できる。例えば、ウエハ基板の場合には、酸化膜の表面を基準高さとして、はんだバンプの高さ、形状、体積等を算出可能となる。

（ｇ）上記実施の形態では、三次元計測方法として位相シフト法を採用しているが、他にも光切断法や、モアレ法、合焦法、共焦点法、空間コード法、格子縞投影法等といった各種三次元計測方法を採用することもできる。

（ｈ）上記実施の形態の照明装置１０に代えて、レジスト膜５を透過し、クリームはんだ４や電極パターン３等の表面で反射するような波長の光をプリント基板１に照射し、その波長の光を撮像するようにしてもよい。すなわち、照射光を上記実施の形態の紫外線に代えて赤外線や赤色光とし、赤外線や赤色光を撮像するようにしてもよい。赤外線及び赤色光のような比較的長い波長の光は、物体を比較的透過しやすいため、レジスト膜５のような半透明なものに対しては、透過させることが可能になる。

このようにすることで、図５に示すように、赤外線は、クリームはんだ４の表面で反射するとともに、半透明のレジスト膜５を透過し、電極パターン３等で反射することとなる。このため、例えば、電極パターン３を高さ基準として、クリームはんだ４の高さを算出できる。また、ベース基板２についても反射光が得られる場合は、ベース基板２を高さ基準とすることも可能である。

この場合、照射する光は、６８０ｎｍ以上かつ１５００ｎｍ以下の波長が好ましい。なお、６８０ｎｍ以上かつ１０００ｎｍ以下の波長、または、１０００ｎｍ以上かつ１５００ｎｍ以下の波長としてもよく、さらに、７８０ｎｍ以上かつ９００ｎｍ以下の波長、または、１１００ｎｍ以上かつ１４００ｎｍ以下の波長としてもよい。また、６８０ｎｍ以上かつ１５００ｎｍ以下の波長に代えて、６８０ｎｍ以上かつ１５００ｎｍ以下の範囲内に波長のピークを持つ光、６８０ｎｍ以上かつ１０００ｎｍ以下の範囲内に波長のピークを持つ光、１０００ｎｍ以上かつ１５００ｎｍ以下の範囲内に波長のピークを持つ光、７８０ｎｍ以上かつ９００ｎｍ以下の範囲内に波長のピークを持つ光、または、１１００ｎｍ以上かつ１４００ｎｍ以下の範囲内に波長のピークを持つ光としても、同様の作用効果が得られる。

加えて、勿論上記（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）のように適宜変更して実施することも可能である。

印刷状態検査装置の構成を模式的に示す概略構成図である。 プリント基板の部分断面図である。 より詳細な印刷状態検査装置の構成を模式的に示す概略構成図である。 プリント基板における照明装置から照射される光の反射を説明するための模式図である。 別の実施の形態であって、赤外線や赤色光を照射した場合の、照射光の反射を説明するための模式図である。

符号の説明

１…基板としてのプリント基板、２…ベース基板、４…被計測物としてのクリームはんだ、５…被膜としてのレジスト膜、８…三次元計測装置を備えた印刷状態検査装置、１０…照明手段としての照明装置、１１…撮像手段としてのＣＣＤカメラ、１２…演算手段を構成する制御装置。

Claims (14)

1. ベース基板と、該ベース基板の表面を被覆し、平面をなす被膜と、被計測物とを備えた基板に対し、青色光及び紫外線のうち少なくとも一方のみを照射可能な照射手段と、
   前記光の照射された基板からの反射光のうち、少なくとも前記照射手段にて照射された波長を撮像可能な撮像手段と、
   該撮像手段にて撮像された画像データに基づき、前記被膜によって形成された平面を高さ基準とし、少なくとも被計測物の高さを演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
2. ベース基板と、該ベース基板の表面を被覆し、平面をなす被膜と、被計測物とを備えた基板に対し、紫外線のみを照射可能な照射手段と、
   前記光の照射された基板からの反射光のうち、紫外線のみを撮像可能な撮像手段と、
   該撮像手段にて撮像された画像データに基づき、前記被膜によって形成された平面を高さ基準とし、少なくとも被計測物の高さを演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
3. 前記基板はプリント基板であり、
   前記演算手段は、前記被膜としてのレジスト膜の表面を高さ基準として、少なくとも前記被計測物としてのクリームはんだの高さを演算するものであり、
   該クリームはんだの高さに基づき、その印刷状態の良否を判定する判定手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の三次元計測装置。
4. 前記基板はウエハ基板であり、
   前記演算手段は、前記被膜としての酸化膜の表面を高さ基準として、少なくとも前記被計測物としてのはんだバンプの高さを演算するものであり、
   該はんだバンプの高さに基づき、その形状の良否を判定する判定手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の三次元計測装置。
5. 前記演算手段は、１回の高さ演算に複数の画像データを用いるものであって、
   前記照射手段は、前記複数の画像データを得るための撮像の度に、同一波長の光を照射することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の三次元計測装置。
6. 前記照射手段は、２５０ｎｍ以上、かつ、４３０ｎｍ以下の波長の光を照射することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の三次元計測装置。
7. 前記照射手段は、６０ｎｍ以内の波長域の光を照射することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置。
8. ベース基板と、該ベース基板上に形成された電極パターンと、前記ベース基板及び電極パターンの表面を被覆する被膜と、被計測物とを備えた基板に対し、赤色光及び赤外線のうち少なくとも一方のみを照射可能な照射手段と、前記光の照射された基板からの反射光のうち、少なくとも前記照射手段にて照射された波長を撮像可能な撮像手段と、該撮像手段にて撮像された画像データに基づき、前記電極パターンまたはベース基板を高さ基準とし、少なくとも被計測物の高さを演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
9. ベース基板と、該ベース基板上に形成された電極パターンと、前記ベース基板及び電極パターンの表面を被覆する被膜と、被計測物とを備えた基板に対し、赤外線のみを照射可能な照射手段と、前記光の照射された基板からの反射光のうち、赤外線のみを撮像可能な撮像手段と、該撮像手段にて撮像された画像データに基づき、前記電極パターンまたはベース基板を高さ基準とし、少なくとも被計測物の高さを演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
10. 前記基板はプリント基板であり、前記演算手段は、前記被膜としてのレジスト膜下の電極パターンまたはベース基板を高さ基準として、少なくとも前記被計測物としてのクリームはんだの高さを演算するものであり、該クリームはんだの高さに基づき、その印刷状態の良否を判定する判定手段を設けたことを特徴とする請求項８または９に記載の三次元計測装置。
11. 前記基板はウエハ基板であり、前記演算手段は、前記被膜としての酸化膜の下のウエハ面を基準として、少なくとも前記被計測物としてのはんだバンプの高さを演算するものであり、該はんだバンプの高さに基づき、その形状の良否を判定する判定手段を設けたことを特徴とする請求項８または９に記載の三次元計測装置。
12. 前記演算手段は、１回の高さ演算に複数の画像データを用いるものであって、前記照射手段は、前記複数の画像データを得るための撮像の度に、同一波長の光を照射することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の三次元計測装置。
13. 前記照射手段は、６８０ｎｍ以上、かつ、１５００ｎｍ以下の波長の光を照射することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の三次元計測装置。
14. 前記照射手段は、６０ｎｍ以内の波長域の光を照射することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載の三次元計測装置。
    

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